Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

лекулярной массой 12 000 (рис. 122). Только тяжелая субъединица кодируется главным комплексом гистосовместимости, в то время как ген р2-микроглобулина находится на другой хромосоме (второй у мыши и пятнадцатой у человека). Тяжелая цепь содержит ковалентно связанные олигосахариды и определяет антигенную специфичность молекулы.

Короткий С-концевой район тяжелой цепи ответствен за фиксацию молекулы в мембране и содержит два участка с молекулярной массой примерно по 5000 каждый, сильно различающихся по полярности аминокислот, входящих в их состав. Первый, содержащий

С-концевую аминокислоту, состоит главным образом из полярных 219

аминокислот и экспонирован в цитоплазму клетки. Второй, содер- -

жащий большое количество неполярных аминокислот (лейцин. Биологическая роль белков изолейцин, валин), пронизывает гидрофобную область мембраны.

Надмембранная часть молекулы может быть легко переведена в раствор путем ограниченного протеолиза с помощью папаина. Папай но вый фрагмент наиболее детально изучен химически.

Рис. 122. Структура Н—2К,Р-антигена.

220

Белки и пептиды

Эдельман (Edelman) Джералд Морис

(р. 1929), американский биохимик. Окончил Пенсильванский университет (1954), в настоящее время — в Рокфеллеровском университете. Основные работы посвящены изучению строения молекул антител. Показал (1959), что молекулы антител состоят из двух типов пептидных цепей (тяжелых и легких). Расшифровал строение молекулы одного из иммуноглобулинов и выдвинул гипотезу о третичной структуре активного центра антител (1962, совместно с Р. Портером). Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1972, совместно с Р. Портером).

Строение антигенов гистосовместимости 1 класса было выяснено в 70-х годах работами ученых разных стран, прежде всего лабораторий Дж. Стрёминджера и С. Натансона (США). Для такого рода белков (Н — 2К, D, L антигенов мыши и HLA — А, В, С-антигенов человека) характерна очень высокая степень структурной гомологии (70%); вместе с тем имеются два гипервариабельных участка, локализованных в N концевом домене. Доказан статистически достоверный уровень гомологии между надмембранными доменами антигенов тканевой совместимости, Сн-доменами иммуноглобулинов и р2-микроглобулином; эта гомология может указывать на общее эволюционное происхождение этих белков.

Другим продуктом главного комплекса гистосовместимости являются 1а белки (антигены II класса), участвующие в регуляции иммунного ответа, т. е. его подавлении или активации. 1а Белки экс пресс иру юте я клетками иммунной системы (лимфоцитами и макрофагами) и неоднородны по своей структуре (в частности, [а белки различны у Т-хелперов и Т-супрессоров). Молекула 1а-бел-ка состоит из двух полипептидных цепей а и р1 с молекулярной массой 34 000 и 28 000 соответственно (рис. 123). Обе цепи представляют собой погруженные в мембрану гли ко протеины, также имеющие доменную структуру (а,, гх2* Pj)» причем ol- и р-субъединицы не имеют структурной гомологии. Кроме того, la-белки различных видов животных существенно различаются между собой.

Синтезированные de novo а- и р1 цепи антигенов II класса, так же как и тяжелые цепи антигенов I класса, содержат N-концевой гидрофобный сигнальный пептид. Этот пептид инициирует встраивание синтезирующихся молекул в мембраны эндоплазма ического ретикулума, после чего происходит удаление самого пептида и гликози лирование молекулы.

В настоящее время проводится широкое изучение структурно-функциональных особенностей как самих антигенов тканевой совместимости, так и генов и распознающих их рецепторов Т-лимфо-цитов.

Система комплемента

Одним из главных компонентов иммунной системы организма является комплемент. Комплемент был открыт французским ученым Ж. Борде в конце прошлого столетия как результат обнаруженной способности нормальной сыворотки крови убивать бактериальные клетки в присутствии соответствующих антител и назван «алексином». Современное название комплементу дал П. Эрлих.

Комплемент представляет собой сложный комплекс белков, состоящий из 20 взаимодействующих компонентов, обозначаемых CI, С2, СЗ и т. д, до С9, фактор В, фактор D и ряд регуляториых белков. Все они являются водорастворимыми белками с молекулярными массами от 24 000 до 400 000 (табл. 9), циркулирующими в крови и внеклеточной жидкости. Большинство этих белков яв ляются неактивными вплоть до «запуска» системы в момент образования комплекса антиген — антитело. После активации комплемента его действие носит каскадный характер и представляет собой серию протеолитических реакций. Образно говоря, отношения между антителами и комплементом напоминают собой отношения между ключом зажигания и мотором: взаимодействие антитела с антигеном включает мотор.

На рисунке 124 схематически изображена последовательность событий, происходящих на мембране при активации комплемента.

Начальным этапом в цепи процессов активации комплемента является связывание его первого компонента С1 с комплементфик сирующими участками антител (IgG и IgM), образовавшими комплексы антиген — антитело на поверхности клетки (рис. 124 а,б) В состав С1 входят три субъединицы Clq Or и Cls, выполняющие различные функции. Связывание компонента С1 происходит посредством белка Clq, который часто называют фактором узнавания. Эта цепь событий характеризует основной, или классический, путь активации комплемента. Далее в превращениях участвуют так называемые ранние компоненты комплемента (С4, С2, СЗ), которые

221

Биологическая роль белков

Рис. 124. Классический путь активации системы комплемента.

222 Таблица 9

Общая характеристика компонентов комплемента человека Белки и пептиды___

Компонент Молекулярная Число Константа

масса испей седиментации

С1 900 000 18s

Clq 400 000 6x3 lis

С1г 168 000 2 7s

CIS 79 000 1 4s

С4 230 000 3 10s

С2 117 000 — 6s

СЗ 185 000 2 10s

С5 170 000 2 9s

С6 125 000 1 6s

С7 1зо оор 1 6s

С8 150 000 3 8s

С9 79 000 4s

последовательно активируются путем протеолитического расщепления. Поскольку активированный компонент расщепляет несколько молекул следующего компонента, активация ранних компонентов комплемента представляет собой усиливающийся каскад- Связывание с антителом Clq активирует субъединицу С1г в результате отщепления от нее части полипептидной цепи. Активированный С1г расщепляет Cls, превращая его в сериновую протеиназу. Таким образом, срабатывает пусковой механизм системы комплемента. Дальнейшие процессы активации, приводящие к лизису клеток, происходят уже без участия иммуноглобулинов или их комплексов с антигеном. Активированный Cls последовательно расщепляет четвертый и второй компоненты комплемента С4 и С2, которые прикрепляются к находящемуся рядом участку мембраны и образуют активный комплекс — так называемую СЗ-конвертазу (рис. 124, в — е).

СЗ-Конвертаза активирует третий компонент комплемента (СЗ) также путем расщепления его иа два фрагмента СЗа и СЗЬ (рис. 124, ж). Активированный СЗ (СЗЬ) ассоциируется с мембра-носвязанной СЗ-конвертазой, образуя новый ферментный комплекс — С5-конвертазу. Последняя активирует пятый компонент комплемента, находящийся в растворе, также путем отщепления поли пептидно го фрагмента от неактивного С5 (рис. 124,:-*)

Далее активированный пятый компонент комплемента (С5Ь) прикрепляется к мембране, и на нем собирается большой мембра-ноатакующий, литический комплекс, состоящий из поздних компонентов комплементе — С5Ь, Сб, С7, С8 и С9 и осуществляющий лизис клеток мишени; все превращения происходят с участием ионов CaJ f и Mg2 (рис. 124, и — м).

Наряду с классическим существует и так называемый альтернативный путь, или путь вктивации комплемента, происходящей без участия антител, обнаруженный Л. Пилемером. Этот путь является, по-видимому, основным иа ранних этапах борьбы организма с бактериальной инфекцией, когда антитела еще не образовались, представляя собой первую линию защиты. Альтернативный путь также заканчивается образованием С5 конвертазы однако ее формирование происходит без участия CI, С2 и С4 компонентов за счет взаимодействия СЗ компонента с другими факторами (рис. 125). Реакция активируется полисахаридами клеточных стенок микроорганизмов и начинается с создания на мембране комплекса активированного СЗ компонента (СЗЬ) с фактором В. По-

следний расщепляется фактором D, что приводит к образованию альтернативной СЗ-конвертазы СЗЬВЬ, которая стабилизируется присоединением пропердина Р. Добавление к этому комплексу дополнительных Ob компонентов дает С5-конвертазу альтернативного пути СЗЬ ВЬР Как и в классическом пути, образовавшаяся С5-конвертаза активирует пятый компонент комплемента, ответственный за сборку мембрано-атакующего комплекса.

Механизм цитолнтического действия комплемента окончатель но еще не установлен. Однако известно, что образующийся комплекс внедряется в гидрофобную зону мембраны и его компоненты формируют в ней воронку диаметром около 10 нм. Это приводит к нарушению целостности мембраны- выходу из клетки ионов, низкомолекулярных компонентов цитоплазмы, белков, поступлению в клетку воды и т. п., что в конечном счете приводит к ее гибели и разрушению. Процесс настолько эффективен; что достаточно одного комплекса для разрушения клетки

Необходимым условием для предотвращения разрушительного действия комплемента на собственный организм является наличие эффективных механизмов обратной регуляции. Существует два основных механизма такой регуляции. Первый — за счет действия ряда ингибиторных белков, которые связываются с активированными компонентами комплемента и блокируют их дальнейшее действие. Такие ингибиторы имеются, например, для С1 и СЗЬ. Второй механизм основан на нестабильности некоторых компонентов каскада, а частности С4.

223

Биологическая роль белков

Рис. 125. Альтернативный путь активации системы комплемента

1ЩШ1)111И11Щ1111Ш11Ш1УШ1

224

Белки и пептиды

Рис. 126. Схематическое стриение моле-куты С 1ц компонента комплемента.

В настоящее время практически все белки системы комплемента выделены в чистом виде и охарактеризованы, установлена полная первичная структуре многих из них. Впервые рвботы по изучению структуры компонентов комплемента были проаедены лабораториями Р. Портера (Великобритания) и Г.Фэя (США). В структурном отношении детально изучен фактор О, функционирующая молекула которого содержит одну Clq, две С1г и две Cls субъединицы, связанные не ковалентно Белок Clq во многих отношениях уникален. Его молекула состоит из трех типов близких по природе полипептидных цепей (А, В и С) с молекулярной массой 23 500 каждая. В структуре каждой цепи можно выделить короткий N-концевой фрагмент, С-концевой глобулярный участок и достаточно протяженный коллагеноподобный район. Молекула Clq содержит в своем составе большое число остатков гидроксилизина и гидрокси-пролина, а также углеводы '(глюкозу и галактозу).

А- и В-цепи связаны между собой дисульфиднои связью, локализованной в N-концевых фрагментах, и нековалентно взаимодействуют с С-цепью. При этом их вытянутые части образуют единую трехспиральную структуру, подобную той, которая характерна для коллагена, тогда как С-концевые неколлагеновые фрагменты образуют единую глобулярную часть. Образованные таким способом структурные единицы могут легко димеризоваться за счет возникновения дисульфиднои связи между N-концевыми фрагментами С-цепей. Нативная молекула Clq, имеющая молекулярную массу около 400 ООО, состоит из трех таких димеров, связанных неко-валентными взаимодействиями между коллагеновыми частями цепей. Внешне такая молекула напоминает букет тюльпанов (рис. 126).

Необычная структура Clq-компонента комплемента объясняется характером выполняемых им функций. Глобулярные области ответственны за связывание с Fc-фрагментами иммуноглобулинов, причем для активации каскада необходимо, чтобы произошло связывание с участием как минимум двух «головок». Структурное разнообразие и пол и функциональность характерны и для других компонентов комплемента.

Естественно, что активация комплемента может представлять известную угрозу и для организма хозяина. Однако в норме антитело фиксирует комплемент только на чужеродных клетках.

Медиаторы иммунного ответа

Интерфероны. В середине 30-х годов было установлено, что заражение животного каким-либо вирусом защищает его от последующего заражения другим вирусом; это явление получило название вирусной интерференции. Однако потребовалась почти четверть века, прежде чем был аыделен в индивидуальном состоянии агент, ответственный за это явление. В 1957 г. английские ученые А. Айзеке и Д. Линденман впервые обнаружили белок, продуцируемый зараженными вирусом клетками, и назвали этот белок интерфероном.

Интерфероны — противовирусные агенты универсального действия. Они активны против любых вирусов, но, как правило, обладают видовой специфичностью—каждому виду животных свойствен свой интерферон. Как сейчас установлено, интерфероны — это семейство белков, каждый со специфическим спектром цейст-

вия. Существуют лейкоцитарные, или а-интерфероны, фибробласт- 225

ные, или Н-интерфероны, и, наконец, иммунные, или у-интерфероны.---

Структура интерферонов была установлена в конце 70-х — на- Биологическая роль белков чале 80-х годов. Из природных источников эти белки выделяются в весьма небольших количествах, что затрудняло определение их аминокислотных последовательностей традиционными методами белковой химии. Оказалось, что интерфероны представляют собой небольшие белки с молекулярной массой около 17 500. Существенного прогресса удалось добиться на основе анализа соответствующих генов и сравнения полученных результатов с данными по частичной структуре белков. Определение структуры гена белка, для которого не было данных об аминокислотной последовательности, потребовало разработки специального подхода. Эта задача была успешно решена японским ученым Т. Танигучи на примере В-ин-терферона. Позднее в лаборатории Ч. Вай мана (Швейцария) была выяснена структура гена а-интерферона, а структура самого белка впервые определена Дж. Шайвели (США). На рисунке 127 приведена последовательность гена а интерферона человека и выведенная из нее структура белка, содержащего 166 аминокислотных остатков.

Следует отметить, что у каждого вида животных имеется несколько а. интерферонов (в частности, у человека найдено 14 различных генов а интерферонов) один или несколько В-интерферо-нов и всегда один у интерферон Большинство интерферонов а типа имеют неглнкозилированные пептидные цепи, тогда как В- и у-ии-терфероны являются гликопротеинами. Как следует из нуклеотид

-23 -20 -10

ATG GCC CTG ТСС ТСС ТТТ TCT ТТА CTG ATG GCC GTG CTG GTG CTC AGC Met Ala-Leu-Ser-Ser-Phe-Ser-Leu-Leu-Het-Ala-Val-Leu-Val-Leu-Ser-

1 * 10

TAC AAA TCG АТС TGT TCT CTG GGC TGT GAT CTG CCT СAG ACC CAC AGC CTG CGT AAT AGG Tyr-Lys-Ser-lle-Cys-Ser-LeL-Gly-Cys-Asp-Leu-Pro-Glr-Thr-His-Ser-Leu-Gly-Asr-Arg-

* 20 30

AGG GCC TTG ATA CTC CTG GCA CAA ATG GGA AGA АТС TCT CCT TTC TCC TGC CTG AAG GAC Arg-Ala-Leu-ne-Leu-Leu-Ala-Gln-Het-

страница 30
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(19.08.2017)